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《中国科学院研究生院(海洋研究所)》 2010年
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扇贝体内生物标志物对重金属与多环芳烃胁迫的应答

张英  
【摘要】: 本论文聚焦近海典型污染物——重金属(Cd、Zn、Pb、Hg和Cu)与多环芳烃——的生物毒性效应研究,采用现场地球化学调查取样和实验室毒理学研究相结合的研究路线,在系统解析渤海湾典型污染物质(重金属及多环芳烃)含量、分布特征及生态风险评价的基础上,基于“环境浓度水平暴露”的新思路,研究了受试生物体内多种生物标志物对环境浓度水平重金属胁迫的应答及其作用机制;系统研究了在多环芳烃与重金属联合暴露“复合污染”胁迫下,受试生物体内抗氧化指标及代谢酶的表达;通过对海洋环境中多溴联苯醚的集成对比研究,发现了中国某些样品中BDE-183组分比例出现异常高值的现象,首次提出可将该比值用于指示电子垃圾污染源。 论文获得了如下一系列新的结论和认识: 1.渤海湾海水浓度水平下的Cd和Pb可对扇贝产生明显的氧化压力并引起机体氧化损伤,EROD酶与典型多环芳烃[苯并(a)芘]之间存在良好的剂量-效应关系,重金属与苯并(a)芘在联合暴露“复合污染”胁迫下,扇贝体内生物标志物存在明显的交互作用。 (1)渤海湾“复合污染”背景场的解析 渤海湾表层海水中重金属Cd、Zn、Pb、Hg、Cu的平均含量分别为0.15μg/L、19.68μg/L、1.63μg/L、4.84×10-2μg/L及2.68μg/L,表底层海水重金属没有明显的差异。渤海湾表层沉积物中重金属Cd、Zn、Pb、Hg、Cu的平均含量分别为0.15mg/kg、26.43 mg/kg、16.28 mg/kg、4.25×10-2 mg/kg、20.80 mg/kg;多环芳烃的含量范围为148.97-375.32ng/g,蒽、芴、苊三种组分占∑PAHs的50%以上;不同环数多环芳烃所占比例为3环(36.49%~83.08%)5环(10.44%~37.42%)4环(4.10%~26.35%)6环(0~24.94%)2环(0~3.48%)。根据特征比值判断渤海湾表层沉积物中的多环芳烃主要源于草木燃烧。依据ERL、ERM值对渤海湾表层沉积物重金属与多环芳烃潜在生态风险进行评价可知,苊和芴可能会对渤海湾的海洋生物产生负面影响,其它的组分对渤海湾地区的潜在危害较小。 (2)扇贝体内生物标志物对单一污染物胁迫的应答 渤海湾实际水体环境浓度暴露的重金属对扇贝体内抗氧化体系生物标志物表达的影响各不一致。本研究发现所考察的5种重金属(Cd、Zn、Pb、Hg、Cu)中仅有经Cd、Pb暴露96h后扇贝消化腺内SOD活性显著降低,抑制率分别为16.8%和8.75%,对于CAT与GPx,相较对照组5种重金属暴露均使得酶活性降低,但Cd、Pb的抑制效果最为明显,对于CAT抑制率分别为31.5%、28.7%,对于GPx的抑制率分别为40.4%、62.4%。可见Cd和Pb显著抑制了扇贝体内的各种抗氧化酶指标,增加活性氧对机体产生氧化损伤的发生几率,研究测得经Cd、Pb暴露扇贝体内MDA水平显著升高,诱导率分别达到33.5%和60.2%。可见Cd和Pb对扇贝产生较为明显的氧化压力,而Zn、Hg和Cu对扇贝体内抗氧化指标表达影响并不显著。此外Cd和Pb还对Ⅰ相代谢酶EROD产生明显的抑制作用。 苯并(a)芘胁迫扇贝48h、96 h及168 h,对其抗氧化指标及Ⅰ相/Ⅱ相代谢酶产生一定的影响。研究表明扇贝经苯并(a)芘染毒处理之后,暴露组生物体内的EROD、活性均被诱导,且各浓度水平暴露组酶活性基本随暴露时间增加而增加,同一暴露时间下,酶的活性亦随暴露浓度增加而增加,表现出一定的时间-效应关系和剂量-效应关系。当扇贝经高浓度剂量组暴露后其时间-效应关系的相关系数高达0.9996,而当暴露时间长达168 h时其剂量-效应关系的相关系数高达0.9954,这表明当生物体处于苯并(a)芘暴露环境之下,当达到一定暴露时间与暴露浓度,苯并(a)芘对体内EROD的诱导稳定时,该酶可作为生物标志物指示污染状态。另外苯并(a)芘暴露与GST酶活性存在良好的剂量-效应关系,不同的暴露时间其剂量效应关系相关系数均高于0.9961。 (3)扇贝体内生物标志物对多环芳烃与重金属联合暴露“复合污染”胁迫的响应 当多环芳烃与重金属联合暴露“复合污染”胁迫时,重金对与多环芳烃之间存在一定的交互作用。对EROD、GST和GPx酶活性而言,5种重金属(Cd、Zn、Pb、Hg和Cu)对苯并(a)芘表现为拮抗作用,尤以对EROD酶的作用效果最为明显。单独暴露于苯并(a)芘能够显著诱导EROD酶活性,两种污染物联合暴露的情况下,苯并(a)芘诱导的EROD显著下降,甚至较对照组出现抑制现象,而对SOD与CAT酶活性则无明显的影响。 2.通过对海洋环境多溴联苯醚分布、控制因素及组成特征的系统分析,发现中国近海环境样品中BDE-183组分比例异常偏高,或可将其作为特征参数指示电子垃圾污染源。 多溴联苯醚因作为阻燃剂广泛使用而对环境产生潜在生态风险,成为一类新的污染物质,论文对海洋环境PBDEs已发表数据进行了系统分析,获得了PBDEs区域分布特征、环境控制因素以及在各种环境介质中PBDEs的同系物组成特征。研究表明海洋环境体系中美国与韩国等区域的沉积物中PBDEs含量水平最高,而欧洲区域相对较低,这与各区域PBDEs的消费能力存在明显的相关关系。通过主成分分析可知近海沉积物中的PBDEs以BDE-209为主,约占总PBDEs的75%以上,而生物样品中则以低溴代同系物为主(BDE-47,-99和-100,三者约占总PBDEs的80%)。BDE-99与BDE-100的比值在营养级较低的生物体内倾向于大于1,而在高等生物体内则小于1,一些以甲壳动物或浮游植物的喂食的生物比值也大于1。值得指出的是,本论文首次报道了中国部分样品中BDE-183组分的比例异常偏高的现象,这或许可以作为特征参数指示电子垃圾污染源。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(海洋研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:X174

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4 王伟;沈国锋;杨意峰;陶澍;;生物质燃烧来源的多环芳烃排放特征及环境行为[A];中国古生物学会第26届学术年会论文集[C];2011年
5 陈国良;刘玲;罗斌;张金良;陈国良;谭凤珠;;淮河干流沉积物中多环芳烃含量与生态风险评价[A];中国毒理学会环境与生态毒理学专业委员会第二届学术研讨会暨中国环境科学学会环境标准与基准专业委员会2011年学术研讨会会议论文集[C];2011年
6 魏玲;刘俐;李发生;;不同浓度多环芳烃的三维及同步荧光特征[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年
7 张银萍;傅金民;;双液相体系促进结合态多环芳烃的降解[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
8 胡锴;丁呈华;侯登科;刘红霞;冶保献;吴养洁;张书胜;;用杯[4]、[6]、[8]芳烃硅胶键合固定相分离多环芳烃[A];中国化学会第十四届有机分析及生物分析学术研讨会会议论文摘要集[C];2007年
9 刘玲;罗斌;张金良;刘琴;;不同燃料与室内空气中多环芳烃含量关系的探讨[A];中国毒理学会环境与生态毒理学专业委员会第二届学术研讨会暨中国环境科学学会环境标准与基准专业委员会2011年学术研讨会会议论文集[C];2011年
10 胡忠;徐艳;宋小慧;黄通旺;;具有浮起特性的多环芳烃降解菌Rhodococcus sp. P14的分离、特性[A];第十次全国环境微生物学术研讨会论文摘要集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 董新昕;欧盟制定多环芳烃使用限量[N];中国国门时报;2004年
2 记者 孟晶;欧盟2010年正式限用多环芳烃[N];中国化工报;2007年
3 ;家电出口遭遇新PAHs指令[N];中俄经贸时报;2008年
4 沈宣铭 肖新华;部分输欧童鞋遭退运[N];温州日报;2007年
5 陈树棠;千万别低估吸烟的危害[N];卫生与生活报;2006年
6 本报记者 桑雪骐;一次性纸杯少用为宜[N];中国消费者报;2009年
7 汪文;多环芳烃事件蔓延 中国电动工具比利时被拒[N];民营经济报;2005年
8 陈铭;GS标志认证将加入PAHs测试[N];中国国门时报;2008年
9 梁 彦;天文学家推断宇宙充满生命[N];大众科技报;2003年
10 冯春鸣 吴宗涛 金进照;宁波出口轮胎首遭退运[N];宁波日报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张英;扇贝体内生物标志物对重金属与多环芳烃胁迫的应答[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2010年
2 林建清;生物标志物法研究多环芳烃对海水养殖鱼类的毒性效应[D];厦门大学;2002年
3 范瑞芳;广州等城市中学生与电子垃圾拆解地—贵屿镇人群尿中多环芳烃羟基代谢物的初步研究[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2007年
4 谢云飞;基于表面增强拉曼散射光谱技术在多环芳烃检测方面的应用[D];吉林大学;2011年
5 吴莹;渤黄东海及其若干河口的烃类有机地球化学[D];华东师范大学;2001年
6 何苗;杂环化合物和多环芳烃生物降解性能的研究[D];清华大学;1995年
7 高彦征;土壤多环芳烃污染植物修复及强化的新技术原理研究[D];浙江大学;2004年
8 马斌;多环芳烃在根际界面的环境行为及微生物响应[D];浙江大学;2012年
9 周芹;典型有机磷农药和多环芳烃的大气降解机理的理论研究[D];山东大学;2011年
10 刘筱红;气溶胶中烃类化合物的同位素测定及其用于源解析的初步研究[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 岳宏伟;基于酶活性的海洋环境中多环芳烃—重金属复合污染的生物毒性效应研究[D];国家海洋局第三海洋研究所;2009年
2 康荣慧;多环芳烃致肺癌预警标志物的代谢物靶标和代谢轮廓分析[D];南华大学;2010年
3 裴静;北京市西南地区水中有毒有机污染物——多环芳烃的研究[D];首都师范大学;2002年
4 展惠英;多环芳烃类污染物在黄土中的迁移转化[D];西北师范大学;2004年
5 高月兰;烟丝中添加凹凸棒石对卷烟焦油、有害物质含量以及吃味的影响研究[D];江南大学;2004年
6 孙业政;白腐菌Phanerochaete chrysosporium对多环芳烃与重金属复合污染的处理[D];暨南大学;2007年
7 欧阳勋;超临界CO_2萃取土壤中多环芳烃的研究[D];中国地质大学(北京);2010年
8 张茜;土壤中多环芳烃类化合物检测技术的研究[D];中国农业科学院;2010年
9 周素华;以生物标志物为基础的BaP致肺癌危险度评价初探[D];华中科技大学;2006年
10 马栋;焦化工业场地土壤的PAHs污染特征及微生物修复应用[D];华中农业大学;2010年
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